[发明专利]一种电磁辅助在线微观组织检测及调控系统及方法

权利要求书

1.一种电磁辅助在线微观组织检测及调控系统，其特征在于，包括成形装置(4)、检测装置(1)、调控装置和基板，其中：所述成形装置(4)、检测装置(1)和调控装置均位于所述基板上方，所述检测装置(1)和调控装置相连，所述调控装置包括电磁冲击调控单元(3)和电磁搅拌调控单元(5)；

工作时，成形装置(4)在基板上逐层成形工件，检测装置(1)和调控装置跟随成形装置(4)同步移动，检测装置(1)对已成形区域(7)微观组织进行实时检测，根据检测到的电磁信号以及预设的电磁信号与微观组织关系数据库，实现对已成形区域(7)微观组织检测，并将检测结果传输给调控装置；根据检测结果和微观组织与调控磁场参数关系数据库，采用电磁冲击调控单元(3)对刚成形的熔凝微区(2)进行电磁冲击，或采用电磁搅拌调控单元(5)对熔池(6)进行电磁搅拌以调控工件微观组织，完成微观组织检测及调控；

在增材成形之前，需建立针对成形材料的数据库，包括电磁信号与微观组织关系数据库，以及微观组织与调控磁场参数关系数据库；更具体的，通过有限元微观以及宏观模型，建立微观组织-初始磁导率/电阻率-电磁信号数据库，从而得到电磁信号与微观组织关系，进而根据检测到的电磁信号能够预测出工件微观组织，具体包括微观组织组成以及微观组织缺陷，实时监控已凝固成形区域微观组织；微观组织与调控磁场参数关系数据库则包括晶粒尺寸-熔池搅拌磁场参数/冲击磁场参数关系数据库，以及气孔/未熔合缺陷-熔池搅拌磁场参数/冲击磁场参数关系数据库；

通过改变调控装置励磁电流大小、类型或调控装置相对于成形装置的位置和倾斜角度，来改电磁场发生装置在熔池区域的磁场大小、类型和磁场的分布状况，进而改变外加磁场的大小、类型和方向，达到通过外加磁场控制晶粒生长过程、熔池对流以及传热传质。

2.如权利要求1所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控系统，其特征在于，所述检测装置(1)为电磁涡流检测装置。

3.如权利要求1所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控系统，其特征在于，所述检测装置(1)的轴线与所述基板垂直。

4.如权利要求1所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控系统，其特征在于，所述电磁冲击调控单元(3)和电磁搅拌调控单元(5)均包括励磁线圈和导磁铁芯，所述励磁线圈缠绕在导磁铁芯上，所述导磁铁芯通过可调节支架安装在所述成形装置(4)上。

5.如权利要求4所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控系统，其特征在于，所述导磁铁芯上设置有水冷流道。

6.如权利要求1-5任一项所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控系统，其特征在于，所述成形装置(4)为电弧成形装置、激光成形装置或电子束成形装置。

7.一种电磁辅助在线微观组织检测及调控方法，采用如权利要求1-6任一项所述的系统实现，其特征在于，包括如下步骤：

S1成形装置(4)按预设成形轨迹在基板上逐层成形工件，检测装置(1)和调控装置跟随成形装置(4)同步移动，检测装置(1)对工件已成形区域(7)微观组织进行实时检测；

S2若检测结果正常，则重复S1；若检测出微观组织异常，则将检测结果传输给调控装置，调控装置根据检测结果，采用电磁冲击调控单元(3)对刚成形的熔凝微区(2)进行电磁冲击，以使熔凝微区(2)产生塑性延展变形，或采用电磁搅拌调控单元(5)对熔池(6)进行电磁搅拌，以使熔池(6)温度均匀化并产生对流，从而进行微观组织调控；

S3重复S1和S2，直至完成工件成形，实现工件成形过程中的在线微观组织检测及调控。

8.如权利要求7所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控方法，其特征在于，所述检测装置(1)对工件已成形区域(7)进行电磁涡流无损检测，进而根据检测到的电磁信号以及预设的电磁信号与微观组织关系数据库，实现对已成形区域(7)微观组织检测。

9.如权利要求8所述的电磁辅助在线微观组织检测及调控方法，其特征在于，所述检测装置(1)、电磁冲击调控单元(3)和电磁搅拌调控单元(5)施加的磁场是稳恒 磁场、交变磁场和脉冲磁场中的任意一种或几种。